永磁電機(jī)發(fā)展迅速，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)變化層出不窮，且對軟件精度和計算速度的要求日益提高，常用的設(shè)計方法在處理此類問題時效率較低，已不能滿足用戶需求。例如用傳統(tǒng)磁路法進(jìn)行永磁同步電機(jī)設(shè)計時，理論基于假設(shè)并引入大量的經(jīng)驗系數(shù)，精度差，擴(kuò)展性差，支持的轉(zhuǎn)子種類少等。因此，需要一種全新的設(shè)計方法來處理這類問題，新方法應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性、較高精度以及較快的求解速度，而場路耦合法恰好可以幫助用戶解決這類問題。

場路耦合法，核心求解仍采用磁路法算法，但需利用靜磁場提取一些計算所需關(guān)鍵參數(shù)，從而在提高計算精度的同時，又能兼顧計算速度；且場路耦合法具有良好的擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)所有具有二維磁場對稱結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子形式。

算法研究

1、幾種不同算法對比

計算永磁電機(jī)有多種方法，常見的算法如磁路法、有限元法、多回路法和場路耦合法等，這幾種算法各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

磁路法計算速度快，常規(guī)電機(jī)可保證計算精度，但是理論基于假設(shè)并引入大量的經(jīng)驗系數(shù)，精度差，擴(kuò)展性差；有限元法計算精度高，能解決多相問題，通用性強(qiáng)，計及非正弦及飽和，但是計算耗時，操作繁瑣，效率低；多回路法通用性好，能解決多相問題，計及非正弦及飽和，但是無法計及鐵耗影響，多相計算時較耗時；場路耦合法計算精度較高，計算時間較少，可計及飽和，但是暫時無法解決多相，擴(kuò)展性差。綜合考慮，選取場路耦合法作為解決永磁電機(jī)眾多轉(zhuǎn)子類型、且計算速度快、精度高的解決方法。

2、場路耦合算法實現(xiàn)

EasiMotor永磁同步電機(jī)原磁路法求解流程如圖1所示。

圖1 磁路法求解流程

場路耦合法在原來磁路法基礎(chǔ)之上，利用穩(wěn)態(tài)場求解關(guān)鍵參數(shù)，然后代入磁路法計算流程中，以達(dá)到提高計算精度的目的，如圖2所示。

圖2場路耦合算法求解流程

EasiMotor永磁同步電機(jī)場路耦合的具體流程如下圖3，適用于永磁同步發(fā)電機(jī)、調(diào)速永磁電機(jī)和自起動永磁電機(jī)。

圖3場路耦合算法實現(xiàn)

采用了基于場路耦合的電機(jī)性快速計算方法之后，計算結(jié)果與傳統(tǒng)的磁路法相比具有了更高的計算精度，并修改了鐵耗計算方法，舍棄了經(jīng)驗系數(shù)。

3、場路耦合算法驗證

修改了傳統(tǒng)的磁路法計算方法，采用了基于場路耦合的電機(jī)性能快速計算方法之后，EasiMotor支持的永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖4EasiMotor支持的永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

表貼式永磁同步電機(jī)案例

選取某表貼式三相永磁同步電動機(jī)，線電壓220V，頻率50Hz，額定功率500W，三相星型連接，工作溫度115°，電機(jī)截面結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。

圖5表貼式電機(jī)截面結(jié)構(gòu)模型

傳統(tǒng)磁路法、場路耦合法以及有限元法計算結(jié)果對比如表1所示。

表1 案例1結(jié)果對比

內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)案例

另有內(nèi)埋式三相永磁同步電動機(jī), 工況同上，電機(jī)截面結(jié)構(gòu)模型如圖6所示。

圖6內(nèi)埋式電機(jī)截面結(jié)構(gòu)模型

不同方法計算結(jié)果的對比如表2所示。

從以上數(shù)據(jù)對比中可以看出，場路耦合算法能夠滿足精度需求。

表2案例2結(jié)果對比

4、結(jié)論

通過對比，永磁同步電機(jī)采用了場路耦合算法后，不僅計算精度到達(dá)要求，而且具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）操作簡單易上手：參數(shù)設(shè)置簡單，上手快速，使用門檻低，無需有限元使用基礎(chǔ)。

2）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)豐富：在保留原有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，新增常用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，各種復(fù)雜磁路結(jié)構(gòu)計算具有精度高的特點(diǎn)，可根據(jù)客戶需要，定制相應(yīng)結(jié)構(gòu)，后續(xù)將開放用戶自定義轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)功能，實現(xiàn)個性化要求。

3）計算準(zhǔn)確速度快：計算結(jié)果與有限元結(jié)果吻合度高，有限元計算關(guān)鍵參數(shù)提升計算精度，改進(jìn)磁路法計算性能提升計算速度。

來源：旺材電機(jī)與電控